CN1301959A - 用于光谱测定的系统 - Google Patents
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Abstract
一种用于光谱测定的系统包括输入设备、具有用于获得测量值的分光光度计的测量设备、计算设备以及用于输出计算设备的计算结果的输出设备。输入设备允许用户输入要执行分光测量的目标波长、表示分配给测量值的变量的字符数组、以及表示根据特定规则产生的计算公式的字符数组,并且计算设备分析表示计算公式的字符数组,并且通过分别用相应的测量值来代替表示包含在计算公式中的变量的任何字符数组而计算该计算公式。
Description
本发明涉及一种包括分光光度计用于光谱测定的系统，特别涉及一种用于处理通过该分光光度计获得的数据的控制单元。
当前用于光谱测定的许多系统包括作为两个分立部件提供的分光光度计和控制单元。分光光度计是用于光谱测定的硬件仪器，并且包括光源、分光镜、样本台(或者样本支架)、以及光检测器。控制单元用于控制分光光度计的操作以及处理从该分光光度计输出的信号。最近的趋势是通过在多用途个人计算机上运行用于光谱测定的控制程序而形成具有各种功能的控制单元。
这种控制单元的功能包括如下功能。在测量之前，提供一个用户界面，通过该用户界面要求用户选择和设置例如波长这样与测量有关的参数，以及测量方法(例如点测量和扫描测量)，并且对应于这种参数的信号被发送到分光光度计。在测量过程中，控制单元根据特定的时间表控制分光光度计各个部分的操作，从该分光光度计搜集输出信号，并且在存储设备中存储所获得的数据。在测量之后，通过测量所获得的数据被处理，以计算样本的透射率和吸收率，并且这种计算的结果通过显示器或打印机这样的输出设备输出。
用于分光测量的系统不但可以用于在分析化学中调查样本的吸收特性，而且还可以用于各种其它领域。例如在光纤的生产中，需要测量所生产光纤的透射率，以检查它们是否确实具有预定数值或低于该数值，并且用于光谱测定的系统可以用于这种测试。作为另一个例子，在生物化学的研究中，用于光谱测定的系统可以用于测量特定成份的浓度。例如，如果特定样本在波长260nm和230nm处的吸收率唯一值，则可以通过利用这些数值执行特定的计算而获得在该样本中的核酸(例如DNA和RNA)和蛋白质的含量。
现有的用于光谱测定系统的控制单元具有把该特定目标波长处的透射率和吸收率输出到输出设备的功能，但是不具有通过利用透射率或吸收率的数值执行计算或者作出判断的功能。因此，为了执行这些计算或作出判断，用户必须自己根据输出到输出设备的测量结果执行计算或作出判断，或者制定用于处理该测量结果的程序并且执行把测量结果的数据从用于光谱测定的控制程序传送到该制定的程序这样麻烦的工作。
考虑到上述问题，因此本发明的一个目的是提供一种用于光谱测定的改进系统，其具有利用光谱测定结果而获得的透射率和吸收率这样的测量值执行计算的功能。
本发明的另一个目的是提供一种具有这种功能用于光谱测定的方法。
能够实现上述和其它目的的体现本发明的一种用于光谱测定的系统，其特征在于包括输入设备、具有用于获得测量值的分光光度计的测量设备、计算设备以及用于输出计算设备的计算结果的输出设备，该系统的特征还在于该输入设备允许用户输入要执行分光测量的目标波长、表示分配给要被存储的测量值的变量的字符数组、以及表示根据特定规则所产生的计算公式的字符数组，并且该计算设备分析表示该计算公式的字符数组，并且通过分别用相应的一个测量值来代替表示包含在计算公式中的变量的任何字符数组而执行该计算公式的计算。
具有用于光谱测定的各种功能用于根据本发明的这种系统的控制单元例如可以通过如下方式形成：把多用途操作系统(OS)安装到具有输入设备(例如键盘或鼠标)、显示设备(例如阴极射线管或液晶显示器)、中央处理单元(CPU)以及存储设备(例如ROM、RAM和HDD)的个人计算机，并且在该操作系统中运行特定程序。该控制单元用于当用户在输入设备上执行特定操作时，在显示设备上显示公式产生屏幕(例如用于产生计算公式和判断公式的屏幕)。用户在这种屏幕上通过输入设备不但输入要执行光谱测定的目标波长，而且还输入要存储在该目标波长的测量值(也就是说，吸收率和透射率)的变量名。另外，用户根据特定规则从该输入设备产生用于计算的公式，并且把这些公式寄存在系统中。通常，用于计算的公式(或者表达式)是利用包括计算运算符(算术运算符+、-、*和/)、比较运算符(＞、＜、=、等等)、逻辑运算符(&、|、！=、AND、OR、NOT，等等)、表示由用户所定义的常量和变量的字符数组、表示安装在系统中的常量和变量的字符数组、以及用阿拉伯数字表示的数值。
在输入目标波长、变量名和运算表达式之后，用户把样本放在该系统中的指定位置，并且输入用于启动光谱测定的执行命令。当该命令被接收时，系统通过其测量设备的分光光度计执行样本的测量，并且获得在特定目标波长处的测量值。在获得测得值之后，系统的计算装置通过分析在该运算表达式中先前输入的字符数组而执行计算。在该操作中，通过用所获得的测量值代替包含在运算表达式的字符数组中的变量名而执行计算。在获得计算结果之后，系统的输出装置以用户可识别的形式输出该结果。
包含在说明书中并形成说明书的一部分的附图示出本发明的实施例，并且其描述用于解释本发明的原理。
在附图中：
图1为体现本发明用于光谱测定的系统的方框图；
图2为在图1的系统中的输出设备上显示的波长设置屏幕；
图3为显示在输出设备上显示的计算公式制定屏幕；
图4为显示在输出设备上显示的常量寄存屏幕；
图5为显示测量和计算结果的表格；
图6为在输出设备上显示的判断公式制定屏幕；以及
图7为显示计算和判断结果的表格。
下面参照图1-7举例描述本发明。如图1中所示，根据本发明用于光谱测定的系统1不但包括已知的分光光度计2而且还包括个人计算机，该个人计算机包括输入设备3(例如键盘或鼠标)、输出设备4(例如阴极射线管或液晶显示器)、中央处理单元(CPU)5以及存储设备6(例如ROM、RAM和HDD)。该个人计算机具有已安装的带有图形用户界面的操作系统，并且具有运行在该操作系统上的特定程序，以作为具有用于光谱测定的各种功能的控制单元。
下面就光谱测定包含在给定样本中的核酸和蛋白质的含量(分别为Cn和Cp)的情况进行描述。由于Cn和Cp已知由如下公式给出：Cn=k1A1-k2A2 (1)Cp=k3A2-k4A1 (2)
其中，A1和A2分别是在波长260nm和230nm处的样本吸收率(已减去背景吸收率)，k1=49.1、k2=3.48、k3=183.0以及k4=75.8，在要确定吸收率的波长230nm和260nm以及在要确定背景吸收率的波长(例如320nm)处执行光谱测定。
在用户以特定的方式操作该输入设备3以启动用于光谱测定的程序时，主屏幕(未示出)显示在输出设备4上。主屏幕包括由用户点击以使用该系统的各种功能的命令按键和菜单。
图2示出波长设置屏幕10，其中包括用于选择测量方法的下拉菜单11、两个用于输入要执行测量(即，吸收率)的波长以及给予该测量值的变量名的两个文本框12和13、用于选择获得数据的方法的单选按键14、三个命令按键(添加、删除和关闭)、以及具有三个字段(波长、变量名和测量方法)的列表框18。在该波长设置屏幕10上，用户通过下拉菜单11选择测量方法(例如点测量或扫描测量方法)，并且分别在文本框12和13中输入所需波长数值(以nm为单位)和变量名。如果此后按下“添加”按键15，则这些所输入数据被寄存在系统中，而且还添加到列表框18中。如果存在不需要的数据或者如果已经输入了错误的数据项，则这些项目可以在列表框18中选择并且单击“删除”按键16，以从系统和列表框18中删除这些数据。图2示出被选择用于吸收率测量的波长230nm和260nm，其变量名“WL230”和“WL260”被相应的寄存在系统中，并且波长320nm被设置在变量名“WL320”下，用于背景吸收率的测量。单选按键14用于选择是否用该分光光度计2获得吸收率(设备)或者由用户手动完成(手动)。在所有设置完成之后，用户单击“关闭”按键17，以关闭波长设置屏幕10。
图3示出由用户通过利用寄存在系统中的变量、常量、公式、函数和运算符制定各种表达式(或者公式)的计算公式制定屏幕20。在计算公式制定屏幕20的上部分别是用于输入所制定公式的名称、由该公式所获得的数值的单位、以及表示该公式本身的字符数组的文本框21、22和23。“清除”按键24用于清除文本框23中的内容。在计算公式制定屏幕20的中部是用于支持公式输入到文本框23中的两个列表框25和26，以及命令按键(常量)27。在左侧的列表框25列出寄存在系统中的变量名、常量和公式。如果用鼠标双击任何这些项目，则相应的名称被插入到文本框23中光标的当前位置。在右侧的列表框26用于显示可能用在该公式中的运算符。如果用鼠标双击任何这些运算符，则被双击的运算符插入到文本框23中的光标当前位置。
如果单击“常量”按键，则在输出设备4上显示如图4中所示的常量寄存屏幕40，用于由用户把名称分配到要用于计算中的常量(或系数)并且寄存这些所分配名称。如果用户分别把输入常量的名称和其数值输入到该屏幕上部的文本框41和42中，并且单击“添加”按键43，则所输入的该常量的名称和数值被寄存在系统中。如果已经被寄存或显示在另一个列表框44中的任何常量被选择，并且单击“删除”按键45，则所选择常量被从系统中删除。图4示出列表框44，其中显示包含在(1)和(2)中的四个常量(系数)被寄存在k1、k2、k3和k4名下。通过常量寄存屏幕40所寄存的常量名被显示在计算公式制定屏幕20的左列表框25中。在寄存所有所需的常量之后，用户单击“关闭”按键46以关闭常量寄存屏幕40。
再次参照图3，计算公式制定屏幕20的下部包括用于显示寄存在系统中的公式的名称和内容的列表框28，以及四个命令按键(“添加”、“删除”、“关闭”和“保存”)29-32。如果在如上文所述制定运算公式之后由用户单击“添加”按键29，则其名称和内容被寄存在该系统中，并且这些数据被添加到列表框28。如果在列表框28中选择项目并且单击“删除”按键30，则对应于在列表框28中的任何公式的项目可以被删除。寄存在系统中的公式名不但显示在列表框28中，而且还显示在屏幕20中部的列表框25中。图3示出用于计算在波长230nm和260nm处的吸收率(在已经纠正背景吸收率之后的数值)的公式被分别寄存在“corr230”和“corr260”名下，用于计算在两个吸收率数值之间的比率的公式寄存在“260_230_ratio”名下，用于计算核酸的含量的公式寄存在“DNA_equl”名下，以及用于计算蛋白质含量的公式寄存在“Protein”名下。在已经制定所有公式之后，用户单击“关闭”按键31，以关闭计算公式制定屏幕20。如果在计算公式制定屏幕20被关闭之前单击“保存”按键32，则与所制定公式有关的数据被以文件形式保存在存储设备6中。
如果如上文所述制定公式之后用户在输入设备3上执行分光操作(例如单击出现在主屏幕(未示出)上的“测量”按键)，则执行光谱测定操作。在完成光谱测定之后，系统根据从分光光度计2接收的信号计算在每个波长230nm、260nm和320nm处的吸收率，并且用相关的三个变量“WL230”、“WL260”以及“WL320”存储这些数值。接着，系统分析已经寄存的公式，并且执行由它们所表示的计算。如果在该过程中遇到任何上述变量，则系统把它替换为相应的吸收率数值，以执行计算。在完成计算之后，所获得数值被存储在相应公式名中。如果其它公式的名称出现在公式的分析中，则通过把该公式名替换为相应的数值而执行计算。
在完成所有计算之后，系统显示如图5中所示的表格47，用于显示测量结果和计算结果。为了制定该表格47，系统形成对应于每个所寄存变量和公式的字段(列)。当在相同的条件下对多个样本进行测量时，系统对每个样本添加一个数据行。如果输出设备4包括打印机，则可以通过单击“打印”按键48打印出表格47。如果单击“保存”按键49，则显示在表格47中的数据被存储在存储设备6中。
图6示出判断公式制定屏幕50，其方便地构成为用于产生对于由分光测量所获得的测量值的判断公式，其中包括列表框56、57和59以及命令按键(“常量”、“添加”、“删除”、“关闭”以及“保存”)58和60-63，其功能类似于在计算公式制定屏幕20上的列表框25、26和28以及命令按键27和29-32，只是在列表框57中显示用于比较、作出判断和逻辑运算的运算符，而不是算术运算符。
作为一个例子，考虑一种应用，其中该系统被用于所制造的紫外光纤的光谱测定质量检查中。让我们假设该光纤在波长254nm(T1)处的透射率希望小于1.0％，并且在波长405nm(T2)处的透射率希望小于0.1％。为了对该光纤执行检查，光谱测定透射率数值T1和T2，并且仅仅根据如下给出的逻辑计算得出具有“真”的结果的所检查光纤被认为是可接受的：(T1＜1.0)&(T2＜0.1) (3)其中，“&”表示逻辑乘(AND)。
例如可以如下制定用于执行这种判断的判断公式。用户首先通过利用波长设置屏幕10，在系统中把与在波长254nm和405nm的测量有关的设置分别寄存在“WL254”和“WL405”名下。这些变量名然后显示在判断公式制定屏幕50的列表框56中，在该屏幕上用户输入表示在文本框51中的判断公式的任意公式里。接着，用户利用显示在列表框56和57中的变量名和运算符来在文本框54中输入如下判断公式：(WL254＜1.0)&(WL405＜0.1) (4)
表示“合格”的任何字符数值被输入到文本框(“合格文字”)52中，并且另一个表示“不合格”的字符数值被输入到文本框(“不合格文字”)53中。此后，用户单击“添加”按键60以寄存判断公式“PF_1”。图6示出已经被设置的字符数组“合格”和“不合格”。
在如此创建判断公式之后，用户按照特定的方式来操作输入设备3，以执行光谱测定处理。在已经完成所需的光谱测定之后，系统根据从分光光度计接收的信号获得在所选择波长(254nm和405nm)处的透射率数值，并且把它们存储在相应的两个变量“WL254”和“WL405”中。接着，系统分析所寄存的判断公式“PF_1”，并且判断其数值是否为“真”或“伪”。如果这些变量在该处理过程中出现在判断公式中，则系统通过用对应于该变量的透射率数值来代替该变量而执行计算。由该判断公式所获得的数值然后存储在该判断公式的名称“PF_1”中。
在作出判断之后，系统在如图7中所示的表格中显示测量结果和判断结果。在形成该表格65中，系统对每个已经寄存的变量和公式准备一个字段(列)。如果测量是在相同条件下对多个样本进行的，则系统在每次测量新样本时添加一个新的数据行。图7示出一个例子，其中显示对两条光纤(样本标识=1和2)检查的结果。对于具有样本标识=1的光纤，变量WL254的数值超过1.0，并且(4)的数值变为“伪”，因此“PF_1”的数值变为“不合格”。对于另一条具有样本标识=2的光纤，(4)的数值变为“真”，因此“PF_1”的数值为“合格”。
尽管本发明已经仅仅参照一个例子做出描述，但是该例子不用于限定本发明的范围。在本发明的范围内还可能有许多改动和变化。例如，尽管在此示出分别创建计算和判断公式制定屏幕的例子。但是该程序还可以设计为定义一种通常用于表格计算软件的用于作出判断的函数，以在计算公式制定屏幕20的文本框23中使用这种函数。这种判断公式还可以在计算公式制定屏幕20上创建。
如上文所述，体现本发明的一种系统的特征在于能够在必要时由用户利用光谱测定获得的数值创建各种公式，例如计算公式和判断公式，从而消除了现有技术中需要用户自己根据测量数值执行计算并做出判断或者把所测量数值传送到一个独立的用于执行这些处理的软件程序这样麻烦的处理过程。
Claims (6)
1．一种用于光谱测定的系统包括：
输入设备，用于允许用户输入要执行分光测量的目标波长、表示分配给要被存储的测量值的变量的字符数组、以及表示根据特定规则所产生的计算公式的字符数组；
测量设备，用于通过分光光度计光谱测定样本，从而获得在所述目标波长处的测量值；
计算设备，分析表示所述计算公式的字符数组，并且通过分别用相应的一个所述测量值来代替表示包含在计算公式中的变量的任何字符数组而执行所述计算公式的计算；以及
输出设备，用于输出所述计算的结果。
2．根据权利要求1所述的系统，其特征在于还包括存储设备，用于利用与表示所述变量的相关字符数组相关地存储所述测量值。
3．根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述输出设备还用于输出表示所述变量的字符数组。
4．根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述输入设备还使得用户输入表示所述测量值的字符数组以及包含表示所述测量值的字符数组的表示判断公式的字符数组，其中所述计算设备还通过分别用相应的一个所述测量值来代替表示包含在所述判断公式中表示所述测量值的任何字符数组，利用所述判断公式获得判断结果，并且所述输出设备还输出所述判断结果。
5．根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述判断公式还包括逻辑运算符。
6．根据权利要求1所述的系统，其特征在于包括作为所述输入设备、所述计算设备和所述输出设备的个人计算机。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |